催化裂化装置再生器跑剂原因分析及对策.pdf
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1、炼 油 与 化 工REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第34卷催化裂化装置再生器跑剂原因分析及对策吴寰,单宇航,张四维(中国石油大庆炼化公司炼油生产二部,黑龙江 大庆 163411)摘要:催化裂化装置的再生器旋分系统运行状态直接影响装置的长周期安全平稳运行。文中根据某装置再生器跑剂的现象,分别从设计原因、催化剂原因、操作原因和设备故障原因进行定性、定量分析,最终确定了跑剂原因,并在窗口检修期解决。提出了相应的监控措施,确保装置的安全平稳运行。关键词:催化裂化;再生器;旋风分离器;跑剂中图分类号:TE966文献标识码:B文章编号:1671-4962(2023)04-003
2、2-06Analysis and countermeasure of agent leakage inregenerator of catalytic cracking unitWu Huan,Zhang Siwei,Shan Yuhang(Refinery 2rd Operation Department,Daqing Refining&Chemical Company,Daqing 163411,China)Abstract:The operation state of the regenerator cyclone separation system of a catalytic cra
3、cking unit directly affects the long-leadsafe and stable operation of the unit.This paper,according to the phenomenon of regenerator agent leakage,analyzed qualitativelyand quantitatively from the aspect of the reasons of design,catalyst,operation and equipment failure,finally found out the agentlea
4、kage reason,solved it during overhaul period,and put forward the corresponding monitoring measures to ensure the safe and stableoperation of the device.Keywords:catalytic cracking;regenerator;cyclone separator;agent leakage大庆炼化 2#催化裂化装置反应器采用 MIP-CGP工艺,再生器采用烧焦管和床层2段再生1,设计处理量为238104t/a。最近大检修开工后,出现了再生器
5、跑剂现象,且随时间推移逐渐恶化。1 再生器跑剂现象装置大检修开工后第 1 周,新鲜剂单耗为0.9 kg/t,再生器料位略有上涨,并使用新增的外取热卸剂线进行了1次卸剂操作。开工第2周,新鲜剂单耗维持在1.1 kg/t的情况下,再生器料位不再上涨,检查新鲜剂罐雷达料位计和人工检尺比对后确认,新鲜剂加入量无误。从再生剂、三旋细粉筛分变化发现,再生剂中20 m 的筛分略有下降,但三旋细粉中小于20 m的筛分大幅减少,大于40 m的部分大幅上升,见表1、2。10月中旬开始,新鲜剂加入单耗在1.2 kg/t的情况下,已无法保持两器催化剂藏量不下降,开始定期启用大型加料向再生器内补充平衡剂。日 期停工检修
6、前10-1011-1412-2001-2002-1003-07110 m11.8011.2512.1118.0021.1121.4524.90表1再生剂筛分/%322023年 第4期吴 寰,等.催化裂化装置再生器跑剂原因分析及对策表2三旋储罐细粉筛分/%日 期停工检修前10-1011-2312-1701-2002-1903-0805 m14.056.595.585.445.274.253.81515 m47.5312.929.639.587.747.635.361520 m18.1912.328.958.036.607.035.482040 m19.7548.0444.8843.0042.82
7、39.7838.5240 m0.4820.1330.9633.9537.9041.3146.83随时间推移,平衡剂中小于40 m的筛分逐渐由 20.37%下降至窗口检修前的 2.79%,为防止两器流化出现异常,保持再生剂中小于40 m的筛分大于3%,在11月将少量三旋细粉加回再生器中,但使油浆固体含量明显升高;三旋细粉中大于40 m的筛分逐渐由0.48%升至检修前的41.31%;三旋细粉产生量从1 t/d逐渐上涨至窗口检修前的15 t/d,对三旋细粉储罐需要卸剂1次/2 d;烟机入口颗粒浓度、烟气脱硫塔底浆液浓度、PTU底泥量相应升高;两器自然跑损量由开工初期的1.2 kg/t,逐渐升至窗口检
8、修前的3.1 kg/t。装置催化剂平衡见表3。表3催化剂加剂量和跑损量均值/(t d-1)月份10月11月12月01月02月新鲜剂加剂量7.04.89.98.49.1平衡剂加剂量1.54.02.96.08.8三旋细粉加入量0.00.32.33.60.8总跑损量8.510.115.118.018.6自然跑损1.231.422.522.923.102 再生器跑剂原因分析催化裂化装置跑剂可能的原因有催化剂破碎、磨损问题;工艺操作条件、设备故障问题;设计问题2。因该装置跑剂初期油浆固含并未明显升高,跑剂现象主要是三旋细粉收集量增多,且再生剂中细粉含量减少,可判断跑剂并不是因为催化剂破碎引起的,否则应该
9、出现再生器、沉降器同时跑剂的情况,且系统内细粉含量不应逐渐下降,可以通过再生剂的电镜分析进行验证。该装置此次检修过程中,再生器内增加了外取热器抽出斗,因增加抽出斗后与其附近的1#1级旋分料腿冲突,将该料腿割短了1 050 mm,跑剂是否因该设计变更的影响需进行核算。除设计原因外,还需先进行工艺操作条件的核算是否在正常范围内,再考虑是否设备故障引起。因该装置无再生器出口颗粒浓度在线分析仪表,跑剂初期无法准确判断跑剂是连续的还是间断的,需要对旋分系统进行全面核算,逐项排除。2.1 旋分线速计算再生器旋分线速偏离设计范围会造成再生器跑剂3。使用气体状态方程即得再生器1级旋分线速在18.519.5 m
10、/s(正常范围1822 m/s),再生器2级旋分线速在21.522.5 m/s(正常范围2225m/s),可判断再生器跑剂并不是旋分线速引起的。2.2 输送分离高度TDH和气相饱和夹带量再生器沉降高度足够的情况下,旋分入口浓度应与理论气相饱和夹带量基本相同。先计算沉降高度是否满足TDH的要求,验证后再计算气相饱和夹带量与实测值进行对比,验证再生器沉降高度是否满足要求。2.2.1 输送分离高度TDH TDH的关联式与床层气速uR和床层直径DR有关。(1)Horio等将Zenz的经验算图关联:TDHDR=(2.7D-0.36R-0.7)exp(0.7uRD-0.23R)(1)33炼 油 与 化 工
11、REFINING AND CHEMICAL INDUSTRY第34卷式中TDH输送分离高度,m;uR床层气速,m/s;DR床层直径,m。查设计图纸得DR为14 m,已知主风量、再生器内温度等参数可计算得uR为0.66 m/s,代入数据得TDH=6.19 m。(2)曹汉昌的关联式:TDH=10.4 u0.5RD(0.47-0.42uR)R-2.4(2)代入数据得TDH=11.65 m。再生器1级旋分入口标高与料位标高相减即得沉降高度18.27 m,满足上述2式对TDH的要求,即再生器内沉降高度足够。对比前需先确认再生器料位、密度等参数的准确性,因料位和密度由差压法测定,1次表测量得到的数值均是差
12、压,再通过相关设计参数换算为料位和密度等参数,该装置有2组测量再生器料位的仪表,再生器密相床、过渡段、稀相均有测量点,可通过相互计算对比,确认结果的准确性。2.2.2 气相饱和夹带量和旋分入口浓度实测值 气相饱和夹带量与床层气速、气体的黏度和密度、催化剂的直径和颗粒密度等因素有关,气体速度和催化剂颗粒密度影响最大,使用经验公式和表4数据可计算气相饱和夹带量。表4计算再生器气相饱和夹带量参数项 目稀相烟气密度/(kg m-3)再生器床层线速/(m s-1)烟气黏度/Pa s催化剂平均直径/m催化剂颗粒密度/(kg m-3)数值1.080.660.000 036 855.651 384.1(1)G
13、iuricich公式:g=30.3(1 000 ue/p)2.6(3)式中g烟气密度,kg/m3;p催化剂颗粒密度,kg/m3;u查图14。图1 饱和夹带量关联曲线再生器稀相高度 TDH=18.2711.79=1.541,则u/uf=1,uf流体表观速度即再生器床层线速,即得u=0.66 m/s。代入数据得*=4.78 kg/m3。(2)恒定夹带量公式=2.18()p-gg-1.337Fr21.27+1.98(4)Fr2=uR2/(g dp)(5)式中g烟气密度,kg/m3;uR2床层线速,m/s;dp催化剂平均直径,m;p催化剂颗粒密度,kg/m3。代入数据得=2.93 kg/m3。旋风分离
14、器入口密度为1.5,即4.41 kg/m3。(3)旋分入口密度实测值校正通常再生器旋分器入口浓度为 23 kg/m3 5。旋分器入口浓度采用差压法测定,该装置再生器的 1 级旋分入口密度 2 个测量点的测量值均为-0.4 kg/m3。测量结果应扣除器内气体所占的密度,还应加上反吹风本身的空气柱产生的静压差。反吹风自身密度产生的静压差,该密度应按测量点处的实际压力进行换算,因再生器1级旋分入口密度的2个测量点高差很小,不考虑仪表变送器安装位置的影响,取再生器稀相压力作为空气柱的计算压力。催化剂密度的实际值应为:实=测+()反吹风-介质(6)式中实旋分器入口浓度的实际值,kg/m3;测旋分器入口浓
15、度的测量值,kg/m3;反吹风反吹风在测压点的操作压力和反吹风本身温度下的密度,kg/m3;介质旋分器内烟气或油气在测压点操作条件下的密度,kg/m3。反吹风为3.41 kg/m3,烟气密度为1.08 kg/m3,则1级旋分实际入口催化剂浓度为1.93 kg/m3。气相饱和夹带量计算结果与旋分入口浓度实测校正值见表5。表5气相饱和夹带量与旋分入口浓度校正值/(kg m-3)方 法公式3公式4实测校正值结果4.782.931.93由表5可知,1级旋分入口浓度的实测值比计算值小,进一步说明旋分入口与再生器密相床层的高度差满足要求,即再生器的沉降高度足够。342023年 第4期2.3 再生器料腿长度
16、和循环强度计算若料腿长度不能满足料封高度的要求,将使气流经料腿倒窜,降低旋风分离器的分离效率。计算旋风分离器压力平衡可判断料腿长度是否满足实际需要。再生器1级、2级旋风分离器料腿计算符号见图2。图2 1、2级旋分计算符号2.3.1 1级料腿 1级料腿压力平衡计算公式为:P2+()H2+Z11g=P1+H1测g+P防(7)P1=P2-P1(8)P2=P3-P1(9)查阅图纸可得H1+H2=23.36 m,已知再生器料位标高43.02 m,可得H1=18.61 m,H2=4.75 m。1级料腿埋入深度H2的选定应使料腿出口(在考虑膨胀后)到分布器的距离大于0.6 m,再生器大小环标高=36.22
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